Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bakterien mit Skelett: Struktur von Bactofilin aufgeklärt

13.01.2015

Der Gruppe um Adam Lange am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) ist es gelungen, die Struktur von Bactofilin aufzuklären – einem wichtigen Element des bakteriellen Zytoskeletts, das erst vor kurzem entdeckt wurde.

Bactofilin verleiht beispielsweise Helicobacter-Bakterien die Schraubenform, durch die sie sich in die Magenschleimhaut bohren und dort Entzündungen und Geschwüre auslösen können. Die Strukturaufklärung von Bactofilin könnte einen Ansatzpunkt für die Entwicklung dringend benötigter neuer Antibiotika liefern.


Helicobacter pylori bacterium

©Fotolia

Bakterien galten lange als äußerst primitive Lebensformen – sie sind im Vergleich zu den Zellen höherer Lebewesen viel kleiner und erscheinen unter dem herkömmlichen Lichtmikroskop weitgehend unstrukturiert.

Doch seit Zellbiologen mit modernen bildgebenden Verfahren zu immer feineren Strukturen vordringen können, wird klar, dass die Winzlinge in Wahrheit von komplexen Architekturen durchzogen sind. Lange Zeit ging man davon aus, dass Bakterien über keinerlei stabilisierendes Zytoskelett verfügen, wie man es bei den moderneren Zellen der Tiere und Pflanzen findet.

Inzwischen aber hat man nicht nur die analogen Elemente zu den bereits bekannten Zytoskelett-Bausteinen gefunden, sondern sogar Skelettelemente, die exklusiv im Reich der Bakterien vorkommen.

Eines dieser neuen Elemente hat nun Adam Lange mit seinem Team in Zusammenarbeit mit der Gruppe um Martin Thanbichler von der Philipps-Universität Marburg genauer erforscht. Es handelt sich um das Protein Bactofilin, das 2010 von Martin Thanbichler entdeckt wurde und das weit verbreitet in verschiedenen Bakterienarten vorkommt.

Beispielsweise bildet Helicobacter pylori mit Hilfe von Bactofilin seine typische schraubenförmige Gestalt aus. Die Bakterien können sich so in die schützende Schleimschicht der Magenschleimhaut bohren – sie sind hier vor der ätzenden Magensäure geschützt und verursachen einen Großteil der Magen- und Zwölffingerdarmgeschwüre beim Menschen.

Generell lagern sich Baktofilin-Moleküle zu Filamenten zusammen, aus denen dann wiederum unterschiedliche höhergeordnete Strukturen entstehen können. Ihre Polymerisierung findet auch im Reagenzglas statt, was die Strukturaufklärung zu einer besonderen Herausforderung macht, denn Proteine, die sich weder in Flüssigkeiten lösen lassen noch Kristalle bilden, sind mit den gängigen Methoden nur schwer zu untersuchen.

Für die Strukturaufklärung des Bactofilins wandte Adam Lange daher die noch relativ neue Technik der Festkörper-NMR an, die in den letzten zehn Jahren so weit entwickelt wurde, dass man damit auch komplexe Biomoleküle untersuchen kann. NMR steht für „Nuclear magnetic resonance“, auf Deutsch Kernspinresonanz. Das Besondere an der Festkörper-NMR besteht darin, dass die Probe in einem starken Magnetfeld sehr schnell rotiert werden muss, um die Bewegungen gelöster Moleküle zu simulieren.

Mittels der NMR-Technologie fand Langes Team heraus, dass die einzelnen Bactofilin-Moküle sich spiralförmig zu einer sogenannten Beta-Helix aufdrehen und sich dann Molekül für Molekül zu Filamenten aneinanderreihen. Stabilisiert wird dieses Strukturmotiv durch wiederkehrende hydrophobe Bereiche, die in den Bactofilin-Molekülen evolutionär konserviert wurden.

Die äußerst feinen Protofilamente können sich dann weiter zu dickeren Bündeln oder auch gewebeartigen Strukturen zusammenlagern. Eine solche Beta-Helix hat man bislang noch bei keinem anderen Zytoskelett-Element gefunden – dafür aber interessanterweise bei dem Prionen-Protein HET-s, das in Pilzen vorkommt.

„Mit dieser Arbeit fängt für uns die Erforschung des Bactofilins erst an“, sagt Adam Lange. „Wir wollen nun die Struktur weiter bis ins atomare Detail verfeinern.“ Die Erforschung des bakteriellen Zytoskeletts bietet dabei nicht nur einen spannenden Einblick in die Formenvielfalt der evolutionär gesehen erfolgreichsten Gruppe der Organismen, sondern ist auch medizinisch relevant.

Zunehmend werden Antibiotika gegen Krankheitserreger durch Resistenzen wirkungslos – so auch bei Helicobacter pylori, dem Verursacher der Magengeschwüre. „Da Bactofilin ausschließlich in Bakterien vorkommt, ist es ein interessanter Ansatzpunkt für die Entwicklung dringend benötigter neuartiger Wirkstoffe“, sagt Adam Lange.

Text: Birgit Herden

Vasa S, Lin L, Shi C, Habenstein B, Riedel D, Kühn J, Thanbichler M, Lange A.β-Helical architecture of cytoskeletal bactofilin filaments revealed by solid-state NMR. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Dec 30. pii: 201418450. [Epub ahead of print]

Das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB), einem Zusammenschluss von acht natur-, lebens- und umweltwissenschaftlichen Instituten in Berlin. In ihnen arbeiten mehr als 1.500 Mitarbeiter. Die vielfach ausgezeichneten Einrichtungen sind Mitglieder der Leibniz-Gemeinschaft. Entstanden ist der Forschungsverbund 1992 in einer einzigartigen historischen Situation aus der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR.

Kontakt:
Prof. Dr. Adam Lange
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
alange (at) fmp-berlin.de
Tel.: 0049 30 94793-191

Silke Oßwald
Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
osswald (at) fmp-berlin.de
Tel.: 0049 30 94793-104

Birgit Herden | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fmp-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise